对钢桁梁桥整体节点杆件与腹杆配合公差及相关标准的探讨

李军平

(中铁宝桥集团有限公司,陕西宝鸡　721006)



对钢桁梁桥整体节点杆件与腹杆配合公差及相关标准的探讨

李军平

(中铁宝桥集团有限公司,陕西宝鸡721006)

摘要：由于《铁路钢桥施工规范》等标准对钢桁梁桥整体节点杆件的安装验收缺少明确的标准规定,为了确保该类钢梁桥制造、安装工作的顺利进行,结合芜湖长江大桥及类似桥遇到的问题,兼顾复杂钢梁杆件制造公差的合理、匹配要求,提出了对相关规范的补充完善建议,可供规范修订时参考。

关键词：钢桁梁桥；整体节点杆件；配合公差

1概述

自从2000年建成我国第一座整体节点钢桁梁桥——芜湖长江公铁两用大桥以来，整体节点结构因其可大大缩短钢梁架设周期、节省高强度螺栓、受力更为合理可靠等原因，得到了大力推广，之后的公铁路钢桁梁桥基本均采用整体节点结构，然而，由于安装架设执行的标准《铁路桥涵施工规范》(TBJ203—96)仍然是按以前散装节点结构制定的，给制造、施工带来了许多麻烦，因此，有必要根据其结构特点等制定相应、合理可行的安装架设验收标准，以及制定合理匹配的制造标准。

2以往工程存在问题

(1)芜湖长江大桥钢梁整体节点杆件安装时存在的问题。

该桥安装时间为1998年底到2000年5月，根据《铁路桥涵施工规范》(TBJ203—96)[1]，桥位安装时，弦杆、节点板和拼接板的板层密贴情况应满足0.3 mm插片深入板层缝隙深度不大于20 mm。而芜湖桥在安装时，部分箱形腹杆不能满足标准要求(工形腹杆由于刚性小高强度螺栓施拧后问题不大)，考虑到该桥钢梁是厚板焊接、整体节点新结构，采用插入方式和大边距的形式，在TBJ203—96标准中根本没有这类杆件的安装验收要求。节点拼接板缝验收标准的确定应满足传力要求和科学评价、从严要求的原则。考虑到TBJ203—96标准是按散装节点制定的，且以前节点板厚在32 mm以下，以前钢桁梁桥主桁一般采用φ26 mm孔、M24高强度螺栓，孔边距为40、50 mm，而芜湖桥节点钉孔边距达到120 mm，故专家提议并最后决定[2]：节点钉孔边距为120 mm时，按0.3 mm塞尺伸进板缝深度不大于80 mm进行验收；同时，要求节点安装完成后，应采用合适的材料将板缝密封，以防雨水进入，造成板层间锈蚀。

另外，芜湖长江大桥制造规则规定[3]，主桁弦杆允许偏差B为0～+1.5 mm(图1)，主桁箱形斜杆允许偏差H为-3.0～-1.0 mm(图2)，根据前期架设取得的数据，要求对钢梁制造规则进一步改进，提高制造、拼装精度，减少板层缝隙和深度，建议主桁弦杆允许偏差B不变，主桁箱形斜杆允许偏差H按-2.0～-0.5 mm执行。

图1　芜湖桥整体节点杆件节点板间距公差(单位：mm)

图2　芜湖桥插入式箱形腹杆允许偏差(单位：mm)

(2)2008～2009年制造安装的郑州黄河铁路大桥，安装时遇到的问题。

2002年对《铁路桥涵施工规范》[4]进行了修订，但仍然是针对散装节点结构的，标准号改为TB10203—2002，对弦杆、节点板和拼接板安装提出了如下要求：由板厚小于32 mm组成的板束，其板层密贴情况应满足0.3 mm插片深入板层缝隙深度不大于20 mm的规定，对板厚大于32 mm的未提，也未考虑钉孔边距情况。

京广客运专线郑州黄河桥(以下简称“郑黄桥”)为公铁两用钢桁梁桥，插入式腹杆允许偏差H为-1.5～-0.5 mm，整体节点杆件节点板间距允许偏差为0～+1.5 mm(图3)，且该桥采用三主桁、斜边桁主梁设计为国内首次采用，以满足桥面上宽下窄的要求，下层四线铁路、上层六车道公路，其两边桁整体节点杆件为腹板及节点板与盖板非垂直结构，断面为平行四边形，制作及桥位安装难度更大[5]。由于节点板根部焊接变形不易控制，加之节点板与腹杆连接的孔群距根部仅120 mm，根据试装时腹杆插入较难的实际情况，为了确保安装顺利，工厂制造时腹杆端部的插入尺寸调整小了，结果导致了桥位安装后节点板与腹杆安装并施拧高强度螺栓后，不能满足TB10203—2002的情况，经多次研究，确定了对已安装的杆件参照芜湖桥的处理办法、未安装及正在制作的严格控制单件精度的处理意见。

图3　郑黄桥整体节点杆件与插入式腹杆公差(单位：mm)

(3)其他整体节点钢桁梁桥情况。

据参与芜湖桥、郑黄桥等桥安装问题处理的资深专家介绍，渝怀铁路长寿长江大桥、京广客专武汉天兴洲大桥也遇到过类似的问题，都是参照芜湖桥处理办法处理的。据查，这两座桥的整体节点杆件节点板间距和腹杆的插入尺寸允许偏差和郑黄桥是一致的。

另外，为了避免出现类似问题，南京大胜关长江大桥、黄冈公铁两用桥其箱形腹杆与整体节点杆件的连接采取了对拼连接方式，但这样整体节点结构的优点没有充分体现出来，也许是一种无奈的做法。

3对整体节点与腹杆合理公差配合及相关制造公差的建议

3.1关于整体节点杆件的安装标准问题

不管是《铁路桥涵施工规范》(TBJ203—96)，还是修订后的《铁路桥涵施工规范》(TB10203—2002)，主要是针对散装节点的，节点板厚度也不大于32 mm，缺少整体节点结构和节点板厚度大于32 mm的相关内容；2005年原铁道部组织编写的《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》(TZ213—2005)也没有整体节点杆件安装的相关标准要求。而且，从整体节点结构出现以后，在安装时一直存在问题，但没有针对该结构形式对施工规范增加相应的条款，而是一味地提高杆件的制造精度要求，这是难以解决问题的。

3.2芜湖桥制造规则要求及安装存在问题分析

经专家评审通过的制造规则要求：插入式腹杆的插入尺寸允许偏差为-3.0～-1.0 mm(公差带为2 mm)，整体节点杆件节点板的间距尺寸允许偏差为0～+1.5 mm，这个公差配合本是合理的，但安装时按TBJ203—96标准验收不能满足要求，当时参与处理的多位资深专家认为，主要是整体节点这种新结构的缘故，该标准不适合，即散装节点及板厚不大于32 mm、孔边距40、50 mm的情况与芜湖桥相差甚远，芜湖桥整体节点杆件板厚达50 mm，钉孔边距达到120 mm，故专家提出的节点钉孔边距为120 mm时，按0.3 mm塞尺伸进板缝深度不大于80 mm进行验收比验标严了，因为过去孔边距为40、50 mm时，插入20 mm时距孔心20 mm或30 mm，而该处理意见塞尺可到之处距孔心还有40 mm。尽管后期对腹杆的插入尺寸允许偏差提出了按-2.0～-0.5 mm控制的内控标准要求，有所好转但不尽合理、且未彻底得到解决。

3.3郑黄桥、天兴洲桥、长寿桥等相关标准及安装存在问题分析

郑黄桥、天兴洲桥[6-7]等将插入式腹杆与整体节点杆件节点板的配合公差进一步缩小，由芜湖桥的配合间隙4.5 mm降低到3.0 mm，理应得到好转，但仍然按TB10203—2002标准验收有一定问题。分析原因，该标准同样不适合整体节点结构，另外一个原因是杆件的安装配合公差须合理，不是越严越好，如插入式腹杆允许偏差H定为-1.5～-0.5 mm，显然是极不合理的，因为箱形腹杆采用棱角焊缝焊接，焊接时必然有一定的焊接收缩量，该收缩量本身有一定的离散性，且钢板还有轧制公差，给1 mm的公差带根本是无法达到的。另外，3 mm的配合间隙加上涂装面的影响，实际间隙最大2 mm，由于间隙过小，在安装时会对摩擦面造成损伤。

3.4对整体节点杆件制造标准及安装验收标准的建议

实践证明，整体节点杆件节点板间距允许偏差采用0～+1.5 mm是合理的，《铁路钢桥制造规范》(TB10212—2009)[8]及该类大桥的制造规则都是按这个标准要求的。而对于插入式腹杆的插入尺寸允许偏差有一定差别。

(1)TB10212—2009标准插入式腹杆的允许偏差H为-1.5～0 mm，一是公差带1.5 mm偏小，以前历次修订的规范，较复杂焊接构件的允许偏差公差带一般为2 mm，小了不容易达到或只能通过矫正等可能影响内在质量的办法达到，另一个不合适之处是公差走上限及涂装面厚度的影响，几乎没有一点间隙甚至过盈配合，不但安装有难度，可能要严重损伤摩擦面，得不偿失。

(2)郑黄桥、天兴洲桥等插入式腹杆的允许偏差H定为-1.5～-0.5 mm，公差带仅1 mm，对于焊接量较大的箱形腹杆来说，更是难以达到，只是个纸面标准而已。

(3)芜湖桥插入式腹杆允许偏差H采用-3.0～-1.0 mm应该是合理的，2 mm公差带比日本等发达国家要严的多，也比《铁路钢桥制造规范》中联结系及横梁杆件高度允许偏差±1.5 mm的要求严，和纵梁的高度允许偏差±1.0 mm相当，而联结系、纵横梁大多为结构较为简单的工形构件，这样安装时，腹杆与弦杆节点板的理论间隙为1.0～4.5 mm，既有一定的安装间隙，又不会出现间隙过大现象(因涂装面还要吃掉1 mm的间隙)。

至于《铁路桥涵施工规范》(TB10203-2002)中的安装间隙检查标准，因没有针对整体节点结构及板厚大于32 mm的，应给予补充。参照散装节点及板厚不大于32 mm的标准，钉孔边距40 mm或50 mm，0.3 mm塞尺插入深度不大于20 mm，栓孔中心距插入处≥30 mm即可，考虑到摩擦传力机理，对钉孔边距不一致的情况，不应该按一个标准来要求。再保守一些，最外排孔的密贴范围增加到40 mm，即当采用120 mm的钉孔边距时，塞尺的插入深度不大于80 mm即可；当采用100 mm的钉孔边距时，塞尺的插入深度不大于60 mm即可。或者规定，采用整体节点结构形式的桥梁，塞尺的插入深度处距钉孔中心不得大于40 mm。芜湖桥采用这一处理方法，已运营了15年没有问题，之后的多座桥参照芜湖桥的处理办法处理也应该是没有问题的。故应尽早对相关规范进行补充完善，确保杆件制作公差合理、现场安装时能有个合理可行的标准执行。

4结语

通过以上分析，建议对《铁路桥涵施工规范》中的整体节点杆件及板厚大于32 mm的安装间隙检查标准补充如下：0.3 mm塞尺插入深度处距钉孔中心不得大于40 mm。该类钢桥梁制造规则规定：整体节点杆件节点板间距允许偏差采用0～+1.5 mm，插入式腹杆的允许偏差采用-3.0～-1.0 mm。这样，既保证了规范的完整性，又能够保证结构安全，且能方便制造和安装。这样才能做到标准的完善、合理。

参考文献：

[1]中华人民共和国铁道部.TBJ203—96铁路桥涵施工规范[S].北京：中国铁道出版社，1996.

[2]芜湖长江大桥有限责任公司.芜桥建(1999)058号关于芜湖长江大桥钢梁节点板缝规定的报告[R].芜湖：芜湖长江大桥有限责任公司，1999.

[3]中铁宝桥集团有限公司.Q/BQ216—1999芜湖长江大桥钢梁制造规则[S].宝鸡：中铁宝桥集团有限公司，1999.

[4]中华人民共和国铁道部.TB10203—2002铁路桥涵施工规范[S].北京：中国铁道出版社，2002.

[5]乔新旺.郑州黄河公铁两用桥边下弦整体节点杆件制造技术[J].钢结构，2011(S):344-347.

[6]中铁山桥集团有限公司.QB/TXZ—2006武汉天兴洲公铁两用大桥长江大桥钢桁梁制造规则[S].秦皇岛山海关：中铁山桥集团有限公司，2006.

[7]何亮.武汉天兴洲公铁两用长江大桥钢梁制造试制杆件焊接收缩变形控制探讨[J].钢结构，2008，23(3):19-21.

[8]中华人民共和国铁道部.TB10212—2009铁路钢桥制造规范[S].北京：中国铁道出版社，2009.

Study on Fit Tolerance and Relevant Standards of Overall Joint Member and Web Member of Steel Truss Girder BridgeLI Jun-ping

(China Railway Baoji Bridge Group Co., Ltd., Baoji 721006, China)

Abstract：Due to the absence of specifications for installation and acceptance of overall nodal members of steel truss bridge in Specifications for Railway Steel Bridge Construction and other relevant standards, and in view of the problems encountered in the fabrication of Wuhu Changjiang River Bridge and similar bridges, this paper proposes some suggestions to accomplish relevant specifications and provides references for specification revision with respect to reasonability and fitness of fabrication tolerance of complicated steel members in order to ensure smoothly fabrication and installation of similar bridges.

Key words：Steel truss girder bridge; Overall joint member; Fit tolerance

中图分类号：U445.58

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.05.021

文章编号：1004-2954(2015)05-0094-03

作者简介：李军平(1965—)，男，教授级高级工程师，1989年毕业于兰州铁道学院桥梁工程专业，工学学士；2005年毕业于清华大学建筑与土木工程专业，工程硕士，E-mail：370349073@qq.com。

收稿日期：2014-07-24； 修回日期：2014-08-13